HAL Id: jpa-00235033
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Submitted on 1 Jan 1954
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Sur quelques techniques employ�ées pour la protection du personnel susceptible d’�être irradi�é par les rayons α
et γ et par les neutrons thermiques et lents
P. Savel
To cite this version:
P. Savel. Sur quelques techniques employ�ées pour la protection du personnel susceptible d’�être irradi�é par les rayonsα etγ et par les neutrons thermiques et lents. J. Phys. Radium, 1954, 15 (10), pp.113-118. �10.1051/jphysrad:019540015010011300�. �jpa-00235033�
LE JOURNAL DE PHYSIQUE
ET
LE RADIUM
PHYSIQUE APPJ-1IQUÉE
SUR QUELQUES TECHNIQUES EMPLOYEES POUR LA PROTECTION DU PERSONNEL SUSCEPTIBLE D’ÊTRE IRRADIÉ PAR LES RAYONS 03B1 ET 03B3
ET PAR LES NEUTRONS THERMIQUES ET LENTS
Par M. P. SAVEL,
Laboratoire de Chimie Nucléaire du Collège de France.
Sommaire. - On décrit la méthode utilisant des films radiographiques pour la protection indi-
viduelle des personnes susceptibles d’être irradiées par le rayonnement 03B3; l’utilisation d’un compteur à étincelles pour le dépistage des contaminations 03B1 et le dosage des neutrons thermiques et lents fournit des indications rapides pour la protection des travailleurs.
TOME 15. SUPPLEMENT AU No 10. OCTOBRE 1954.
Charges en mars 1947 par le Commissariat à
l’Ênergie atomique d’etudier la protection indivi-
duelle du personnel soumis au rayonnement des
corps radioactifs, nous avons entrepris 1’6tude du
noircissement des films photographiques provoque
par le rayonnement de photons.
Les premiers essais effectn6s dans un Service de
radiologie d’un hopital parisien ont ete assez d6ce-
vants ; les dosimetres employ6s 6tant plus ou moins
fideles et la tension des tubes a rayons X plus ou
moins stable, les résultats obtenus diff6raient sensi- blement d’une experience a l’autre.
D’autre part, la tension des tubes a rayons X
variant de 60 a I oo kV, l’étalonnage de films soumis a ce rayonnement ne serait pas valable pour le
rayonnement y des corps radioactifs usuels dont
1’6nergie moyenne est voisine de i MeV.
Nous avons done proc6d6 a 1’6talonnage de films
irradi6s par le rayonnement 6mis par une source de radium en équilibre avec ses derives.
Choix des films. - Un modele commercial
d’usage courant en radiographie dentaire a 6t6 essay6 tout d’abord; puis, par mesure d’economie,
on a envisage l’utilisation de films ordinaires dont
1’empaquetage pourrait etre entrepris au Commis-
sariat a I’Rnergie atomique; apres quelques essais,
cette methode a ete abandonn6e car la securite d’avoir des films identiques était bien moindre que celle que l’on devait attendre d’une fabrication industrielle. Cependant, le; livraisons n’6tant pas
toujours semblables, on a ete conduit a effectuer pour chacune d’elle, un étalonnage portant sur quelques films. Les variations not6es pour des dates de fabrication differentes des films ont atteint 3o pour 100; actuellement les 6carts oscillent entre 1 o et 15 pour I oo.
Photom6trie. - La mesure du noircissement a
ete pratiqu6e grace a un photometre de construction tres simple. La lumiere emise par une ampoule
de 6 V, 15 bd alimentee par un accumulateur de forte capacite arrive a travers un diaphragme sur
la surface du film a 6tudier; une cellule photo- 6lectrique a vide plac6e derriere le film suffit pour faire d6vier un galvanometre ordinaire.
La stabilite d’un tel dispositif est tres suffisante
pour ce genre de mesures.
Cet appareil a fonctionne . pendant plusieurs
années au College de France et au Commissariat à
1’I%nergie atomique, a ChAtillon; aujourd’hui, au College de France, on emploie un photocolorimetre
de Bonet-Maury.
Etalonnage. - L’unit6 utilis6e dans le dosage
du rayonnement X ou y, le roentgen, a ete définie
a nouveau au Congres de Radiologie de Chicago
en 1947 comme 6tant « la quantite de rayons X
ou y telle que 1’emission corpusculaire produite
dans 0,001293 g d’air, donne dans 1’air un nombre d’ions portant une unite électrostatique de quan- tite d’electricite de chaque signe » [1].
8
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019540015010011300
114 A
En d’autres termes, l’absorption des rayons X
ou y dans I cm3 d’air sec a oo et 760 mm de mercure produit des electrons secondaires qui, s’ils 6taient complètement absorbés dans 1’air environnant pro- duiraient une ionisation totale de i u. e. s. de
quantite d’électricité.
Le roentgen ainsi defini est une unite de dissi-
pation d’6nergie dans un milieu arbitraire, l’air.
Le roentgen ne dependant pas du temps requis
pour la production de l’ionisation, le dosage du rayonnement X et y sera represente en roentgen
par unite de temps.
Lorsque l’on a un faisceau monochromatique de
rayons y d’une 6nergie et d’une intensité connue,
on peut facilement calculer le temps n6cessaire pour
qu’h une distance d6termin6e, un roentgen soit produit dans 1 cm3 d’air. Les pertes d’énergie par effet photoélectrique et par production de paires
etant tres faibles dans 1’air pour des photons d’énergie
voisine de i MeV, on peut les negliger et tenir compte seulement des pertes par effet Compton.
Si N est le nombre de photons traversant I cm3 d’air par seconde, h’J leur 6nergie en mégaélectrons-
volts et cr le coefficients d’absorption Compton dans I’air, cette perte sera :
Le roentgen 6tant equivalent a 6,77. 104 MeV /CM3 d’air, la perte d’6nergie de ces N photons par seconde dans I CM3 d’air sera :
Pour une source de p mC d’un radio6l6ment se
desintegrant en 6mettant I photon par desinte-
gration d’6nergie hv MeV, la dose par seconde
ex.primée en roentgens a une distance Dcm de cette
source, aura pour expression :
Le dosage se faisant a partir d’une source de
radium en 6quilibre avec ses derives, on a dans ce
cas un spectre y se composant de i I raies allant de o, 184 a 2, I 9 MeV, mais dont le nombre de quanta 6mis par désintégration pour chacune de ces raies est connu.
Si n,, n2, n3, ... sont les nombres de quanta des
raies d’energies hv1, hv2, hv3 et de coeflicient d’ab-
sorption linéaire Q" l’ cr o-g, la perte d’energie pour
une désintégration sera
Cette quantit6 entierement calculable a pour valeur 6,19. 1 o-5MeV.
Pour une source de i mC de radium et d une
distance Dcm de cette source, la dose exprim6e en roentgens par heure sera :
En, pratique, la source de radium qui sert pour I’etalonnage est enfermée dans un etui de plomb
de i mm d’epaisseur arr6tant les rayons a et p et provoquant une absorption du rayonnement y de
1’ordre de 12 pour ioo; dans ces conditions, la dose
r6elle sera pour une source de i mC et par heure :
Les sources de radium utilis6es 6tant de quelques milligrammes, les dur6es d’exposition sont souvent mesures en minutes, la formule pratique devient
alors :
dr, dose en roentgens;
tmn, duree d’exposition en minutes;
pmg, quantite de radium en milligrammes;
D, distance du film a la source en centimetres.
Pratique de 1’etalonnage des films. - Les
films sont places dans un etui en fer inoxydable
muni d’un systeme qui permet l’accrochage a la
blouse du travailleur; les mesures de dose sont effectu6es sur deux plages differentes du film, l’une
se trouvant derrière un écran supplémentaire
de i mm de cadmium, 1’autre derriere une fenetre ouverte.
La plage situ6e derri6re le cadmium permet de
mesurer le noircissement du au rayonnement y seul, et éventuellement, pour les travailleurs soumis
au rayonnement de neutrons, la capture de ceux-ci
dans le cadmium donne naissance a des photons qui pourront agir sur le film.
La plage situ6e derriere la fenêtre ouverte permet
de mesurer le noircissement dû aux rayonnenxents Fr
et B; cependant, pour ce dernier rayonnement, un 6talonnage des films serait n6cessaire pour chaque emetteur P car le noircissement varie tres rapide-
ment avec leur 6nergie.
La source de radium 6tant fixe, les films sont
places a une distance d6termin6e de cette source
et irradi6s pendant un temps t. Ils sont ensuite
d6velopp6s dans des conditions rigoureusement identiques et apres s6chage leur noircissement est mesure au photomètre. Avec chaque s6rie de films a mesurer, on d6veloppe un film qui n’a pas 6t6 irradie et la mesure de son noircissement fixe Ie
point zero.
Le resultat de 1’etalonnage montre que le courant de transmission de la cellule photoélectrique est
une fonction exponentielle de la dose, et que la
m6thode peut etre utilis6e avec une bonne pr6-
cision de 10 à 15oo mr. La courbe ainsi trac6e servira pour la mesure de tous les films de la même livraison.
Les films num6rot6s sont distribués aux trat vailleurs susceptibles d’6tre irradi6s. Ceux-ci doivenl constamment les porter sur eux et apr6s le travail
les remettre dans un coffret situ6 dans une piece
totalement inactive. Chaque semaine, les films sont
d6velopp6s et mesures ; un tableau indiquant les
résultats est communique aux travailleurs. Un dossier individuel comprenant tous les résultats est
conserve par le service de sant6 de l’établissement.
La dose de tolerance, c’est-a-dire la dose de rayon, nement qu’un travailleur peut recevoir sans danger
est actuellement fixée a 60 mr par jour. Cette dose peut accidentellement etre tres largement d6pass6e
sans risque; cependant, les chefs de service ou les travailleurs eux-memes doivent veiller a prendre
toutes les mesures de protection n6cessaires pour eviter le renouvellement de ces surexpositions.
Le tableau ci-dessous repr6sente un modele
affich6 chaque semaine dans les differents services utilisant ces films.
3111c N..., ayant reSu une dose nettement superieure a la dose de tolerance sera envoyée a l’Hotel-Dieu pour un examen hematologique.
Remarques. - L’inconvenient majeur de l’usage
des films provient du fait que le travailleur connait la dose de rayonnement qu’il a reçue seulement au bout de quelques jours. Cette dose prise, par exemple
sur une semaine de travail peut ne pas d6passer
la dose de tolerance journaliere, mais cette meme
dose a pu etre reçue en quelques minutes depot-
sition et dans ce cas on sait que 1’effet biologique
d’une dose forte de courte duree est plus important
que de petites doses r6parties sur un temps beaucoup, plus long.
11 est done recommandé d’utiliser en plus des
films int6grateurs, des « stylo )) electrometres qui indiquent a chaque instant la dose recue par le
porteur et qui lui permet d’envisager une protection supplementaire ou un arr6t du travail lorsque la
dose de tolerance journalière est atteinte.
La premiere application de cette mesure de pro- tection des travailleurs a eu lieu en juillet 1 947
aux exploitations d’uranium de Saint-Symphorien- de-Marmagne (Saone-et-Loire).
Le service cree au Laboratoire de Chimie Nucléaire,
assure depuis plusieurs ann.ees grace a Mme Bernet la distribution et la mesure des films a differents laboratoires ou h6pitaux de Paris (Institut du
Radium, Laboratoire de Chimie-Physique, Labo-
ratoire de Synthèse atomique d’lvry, Fondation Curie, H6pital Necker, Laboratoire de Physiologie
du -,Nlus6um, Laboratoire de Biologie de la Faculté de Medecine, Laboratoire de Biochimie g6n6rale et
comparee du College de France et, il y a quelques
mois encore, l’lnstitut du Cancer de Villejuif).
Actuellement 7 o0o films ont ete d6velopp6s au College de France concernant 250 chercheurs ou
utilisateurs de radioelements.
Protection contre les contaminations a. -
Par suite des pr emieres extractions du plutonium
a partir de la pile Zo6, le danger occasionne par les rayons « pouvait devenir inquiétant pour le per- sonnel charge de ce travail.
A la demande du service de sant6 du C. E. A.,
nous avons entrepris 1’etude d’un dispositif simple permettant de d6celer rapidement les contami- nations a.
Nous avons tout d’abord construit un compteur
a 6tiilcelles du type Rosenblum j2], [6] a un seul fil; les r6stiltats obtenus 6taDt encourageants, nous
avons pu augmenter l’efficacité d’un tel dispositif
en multipliant le nombre de fils. Apres différents essais, nous avons 6tabli un modèle compre- nant 20 fils en parallèle et dont 1’efficacit6 est suffl- sante pour d6celer des contaminations « inf6rieures a la dose de tolerance.
Ce modele (fig. I) se compose d’un bdti en plexi- glass (l’ébonite et la bakelite conviennent aussi
bien) sur lequel est fixée une plaque de laiton poli
de 4X4 cm; au-dessus de cette plaque et a 1,5 mm
sont tendus 20 fils de tungstène de 0,1 mm de diametre. Une tension continue de 3 5oo a 4 ooo V
116 A
est appliqu6e entre les fils et la plaque de laiton,
le passage d’une particule fortement ionisante (oe)
au voisinage du fil provoque une 6tincelle. L’impul-
sion ainsi produite est transmise a la grille d’une lampe de puissance fortement polaris6e. Dans le circuit-plaque de cette lampe se trouve un totali-
sateur m6canique de type courant qui enregistre
ces impulsions.
Remarques. - 10 Un espace de quelques milli-
mètres est absolument indispensable entre les cales d’6paisseur servant au r6glage des fils et la plaque
de laiton; sinon des étincelles parasites dues à
l’humidité peuvent se produire entre la cathode et
cette cale.
20 Au bout d’un certain temps de travail, la plaque de laiton s’oxyde et devient noirdtre; le fonctionnement du compteur n’est cependant pas
perturb6. Pour eviter ce 16ger d6faut, on pourra utiliser une cathode en laiton nickel6 ou en acier
inoxydable.
30 Ce compteur 6tant destin6 a verifier les conta- minations de 1’air et des tables de travail, les pous- sières peuvent etre attir6es par le champ 6lectrique
et venir se d6poser sur la cathode ou sur les fils
provoquant des decharges parasites ou conta-
Fig. 2.
minant 1’appareil si ces poussi6res sont radioactives;
un simple jet d’air comprime suffit a r6tablir sa
bonne marche. Cependant, il est recommandé de recouvrir Ie compteur d’une feu,ille mince (alumi-
nium ou mica ou cellophane) laissant passer les rayons a; cette feuille doit se trouver a environ 5 mm
des fils, et peut etre protegee par une grille de
nature quelconque.
4o Lors des premiers essais, nous avion.s employ6
comme source de haute tension, un chassis cou-
ran1ment utilisé pour les compteurs proportionnels pouvant donner de 2 ooo A 5 ooo V. En 6tudiant le fonctionnement du compteur, on trouvait un palier qui semblait s’etendre de 3 5oo h 5 ooo V. En realite
lorsque la tension croit entre les deux electrodes
(plaque et fils), un courant dû a 1’effet Corona s’amorce et, par suite du faible debit de la source
de haute tension et de la grande resistance du
circuit, il y a stabilité de la tension entre ces deux électrodes. Pour une variation de 1500 V (palier
Fig. 3.
apparent), la tension entre fils et plaque varie
de 10 a 20 V environ. C’est grace a cet effet de
stabilisation de la tension que nous avons pens6
construire un appareil tres simple fournissant la haute tension. On a dans ce but utilise un bobinage
oscillateur couramment employ6 en television pour obtenir des tensions de 5 o0o A 7 o00 V; la stabilite
s’est montr6e satisfaisante et 1’on a meme pu
supprimer tout transformateur en utilisant direc- tement la tension du secteur pour Famplificateur
et la haute tension. Le schema (fig. 2) et la photo- graphie (fig. 3) montrent la simplicite d’un tel
ensemble.
Étalonnage. - L’efficacit6 du compteur pour les rayons a a ete d6termin6e en disposant au-dessus
des fils, et a une distance variant de 5 à 15 mm, soit une plaque de nickel sur laquelle on avait depose électrolytiquement o,3 mg /cm2 d’uranium;
soit une plaque 6paisse d’uranium m6tallique. Le
meme dispositif utilise avec un compteur cloche à fenêtre mince a permis de d6finir I’angle solide experimental. Les essais effectués avec rplusieurs appareils a fils de types légèrement diff6rents ont montre qu’une impulsion par minute correspondait
au passage de 12 ± 3 rayons « par minute dans ces
compteurs. La dose de tolerance actuellement admise 6tant de o,o21 «/s/cm2 [7] pendant 8 h correspond pour une surface 69ale a celle du compteur
et par minute A :
0,021 x 60 x 16 = 2o ajmn.
Avec un rendement voisin de 1 o pour 10o pour les compteurs de ce type, on ne devra pas observer
plus de 2 a 3 impulsions /mn pour respecter la dose
de tolerance.
La contamination des objets ou de 1’air est donc
facilement observable puisque dans une salle inactive le mouvement propre ne d6passe pas 4 a 12 impul- sions /h.
Utilisation du compteur a fil pour le dosage
des neutrons thermiques. - Au cours de 1’etude
du fonctionnement des compteurs a fil, nous avons
constate que la presence d’une forte source de rayons y et B (10o mg de radium) a proximité des
fils n’augmentait pas le mouvement propre de
1’appareil. Cette insensibilite vis-h-vis des rayon- nements y et j3 nous a conduit a utiliser cette pro-
pri6t6 pour determiner la dose neutronique en pr6-
sence d’un rayonnement quelquefois tres intense de
photons. La connaissance de cette dose est impor-
tante pour la protection du personnel travaillant
avec des sources de neutrons ou pres des appareils
accélérateurs : cyclotron, Van de Graff ou des piles
a uranium.
Des appareils ou des methodes existent pour determiner cette dose (compteurs et chambres
d’ionisation a BF3, d6tecteur au manganese, etc.),
mais ils sont en general assez compliqu6s et souvent
assez sensibles au rayonnement y et, si celui-ci
vient a varier au cours du temps en intensite on 6nergie, par exemple par le changement de cible
au cyclotron, il est difficile d’6tablir la contribution
respective des neutrons et des photons.
La methode utilisant les d6tecteurs sensibles aux neutrons thermiques n’est pas immediate et n’indique
pas les fluctuations neutroniques qui peuvent se produire au cours de la journée.
Utilisant la reaction 105B (n, a) 7Li, notre compteur
va nous permettre de mesurer tres rapidement la
dose de neutrons lents. En effet, il suffit de recouvrir la cathode d’une couche tres faible de bore ordi- naire et les neutrons lents captures par le bore
provoquent la creation de rayons a qui seront comptés.
Pour 1’6talonnage, le compteur est place au centre
d’un cu.be de paraffine de 20 cm de cote ; la source
de neutrons (500 mg RaBe) enferm6e dans une gaine de plomb est situ6e a 35 cm de ce bloc. Dans
ces conditions, le flux de neutrons lents traversant le compteur, mesure avec un d6tecteur étalonné de manganèse est de I go ± 10 n/cm2/s et nous comptons 4o + 3 impulsions/mn. La dose de tolerance actuel- lement admise 6tant voisine de 160o n /cm2 /s [8]
correspond done a 33o impulsions /mn. 11 est done facile d’estimer par ce moyen des doses inf6rieures
au I / I ooe de la dose de tolerance.
Remarques. - 10 Pour nos premiers essais la
couche de bore était d6pos6e au pinceau sur la
cathode en utilisant un m6lange de bore du commerce
dans une solution d’alcool et gomme laque, on
constatait alors une diminution au cours du temps
de 1’efficacit6 du compteur due a Farrachement par les 6tincelles de fines particules de bore. Nous
avons alors utilise un m6lange de bore avec alcool
et baume de Canada, la couche de bore etait
heaucoup plus adh6rente car après avoir enre- gistr6 300 00o impulsions, le taux, de comptage
n’avait pas varie et l’aspect du compteur était inchangé.
Cependant, pour la detection de neutrons ther-
miques et lents, on peut utiliser un compteur ordi- naire pour a en le recouvrant d’un écran de bore,
il n’y a plus d’arrachement de bore mais le ren-
dement, par rapport au modele a cathode de bore,
est diminue. Ce rendement varie d’ailleurs tr6s vite avec la distance écran de bore-fils; £ 5 mm il est 2 a, 3 pour 100; a 4 mm, I o pour 10o et a 2,5 mm, environ deux. fois plus faible. Cette sensibilite est d’ailleurs largement suffisante pour la protection
du personnel puisque la dose de tolerance serait indiqu6e par ioo à 125 impulsions/mn.
Si l’isotope 1°B s6par6 était utilise, la sensibilite de ce dispositif serait multipliée par 5.
20 11 est tres difficile de faire d’une facon artisanale
une s6rie de compteurs ayant les memes caracté-
ristiques, la tension des fils et surtout la distance entre fils et cathode jouent 6norm6ment pour la sensibilite.
